青壮年急速转弯步态的动态稳定性、运动学和动力学分析

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dalianmaowh
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转弯步态在日常生活活动中占据重要部分。尽管步态分析方法近来取得了长足的进步,但相关研究多集中于直行步态,而对转弯步态的研究较少。对正常转弯步态进行步态分析,将有助于理解身体重新定向的规律,对识别和管理病理步态,指导康复方案和研发康复辅具等方面具有重要意义。因此,本论文的目的是对青壮年的转弯步态进行定量分析,具体地,在动态稳定性、运动学和动力学方面,通过与直行步态相对比,量化青壮年对急速转弯的步态适应性,通过侧步转弯和旋转转弯之间的对比,量化两种转弯策略的步态差异性。
  15名青壮年以自然步速执行三项任务,直行、45°向左侧步转弯和45°向右旋转转弯,其中转弯腿均为右腿(优势腿)。使用运动捕捉系统和测力台同步采集标记点位置数据和地面反作用数据。将转弯步态划分为三个阶段,接近阶段、转弯阶段和离开阶段,并进行时间归一化。对于步态参数,使用重复测量方差分析对比同一任务下不同阶段之间的差异性和不同任务之间同一阶段的差异性;对于步态变量,使用自举置信带对比不同任务之间的差异性。
  首先分析动态稳定性,以稳定裕度为关键指标。发现直行和转弯过程中,在摆动期中点前向稳定性最差,在足跟着地时后向稳定性最差;在直行的对侧足跟着地处、旋转转弯的转弯阶段和侧步转弯的离开阶段支撑侧的稳定性最差。
  然后分析运动学,以时空参数和下肢关节角度为关键指标。发现旋转转弯步速略快,步长和步幅比直行和侧步转弯更大,在转弯阶段步宽最小。而侧步转弯步速比直行略慢,在离开阶段步宽最小。两种转弯策略摆动期时间相比直行增加。对于转弯腿关节角度,三项任务在矢状面内的模式相同,在冠状面和水平面内转弯阶段差异较大。
  最后分析动力学,以地面反作用力和下肢关节力矩为关键指标。对于转弯腿在转弯阶段的地面反作用力,侧步转弯的内侧力增大;旋转转弯为外侧力,且制动力增大。对于转弯腿在转弯阶段的关节力矩,侧步转弯的髋外展力矩、踝背屈力矩和内旋力矩较大;旋转转弯的髋伸展力矩和内收力矩、膝伸展力矩和内旋力矩、踝跖屈力矩和外旋力矩较大。
  本文量化了青壮年对转弯的适应性和两种转弯策略的差异性,为步态功能康复评定、步态辅助器具研发和双足机器人步态规划等提供理论依据和数据支持。
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